8.2重力势能课时作业 （word版含答案）

人教版高一物理必修第一册课时作业
2 重力势能
一、单项选择题
1、沿着高度相同、坡度不同、粗糙程度也不同的斜面将同一物体分别从底端拉到顶端,下列说法正确的是 ( )
A.沿坡度小的斜面运动时物体克服重力做功多
B.沿坡度大、粗糙程度大的斜面运动时物体克服重力做功多
C.沿坡度小、粗糙程度大的斜面运动时物体克服重力做功多
D.不管沿怎样的斜面运动,物体克服重力做功相同,物体增加的重力势能也相同
2、物体在运动过程中,克服重力所做的功为100 J,则以下说法正确的是 (　　)
A.物体的高度一定不变
B.物体的高度一定降低
C.物体的重力势能一定减小了100 J
D.物体的重力势能一定增加了100 J
3、质量为20 kg的铁板厚度不计,平放在二楼的地面上。二楼地面与楼外地面的高度差为3 m。这块铁板相对二楼地面和楼外地面的重力势能分别为(g取10 m/s2)( )
A.600 J、0 B.0、600 J
C.1 200 J、0 D.0、1 200 J
4、如图所示,某小球以速度v向放置于光滑水平面的轻质弹簧运动,从小球接触弹簧到将弹簧压缩到最短的过程中 (　　)
A.弹力对小球做正功,弹簧的弹性势能减少
B.弹力对小球做负功,弹簧的弹性势能减少
C.弹力对小球做正功,弹簧的弹性势能增加
D.弹力对小球做负功,弹簧的弹性势能增加
5、如图所示,质量不计的弹簧一端固定在水平地面上,弹簧竖直放置,将一小球从距弹簧自由端高度分别为h1、h2的地方先后由静止释放,h1>h2,小球接触到弹簧后向下运动压缩弹簧,从开始释放到小球获得最大速度的过程中,小球重力势能的减少量ΔE1、ΔE2的关系及弹簧弹性势能的增加量ΔEp1、ΔEp2的关系中正确的一组是 (　　)
A.ΔE1=ΔE2　ΔEp1=ΔEp2
B.ΔE1>ΔE2　ΔEp1=ΔEp2
C.ΔE1=ΔE2　ΔEp1>ΔEp2
D.ΔE1>ΔE2　ΔEp1>ΔEp2
6、如图所示,一质量为m、边长为a的正方体置于水平地面上,其与水平地面之间的动摩擦因数μ=0.1,为使它水平移动距离a,可采用将它翻倒或向前匀速平推两种方法,则 ( )
A.将它翻倒比平推前进做的功少
B.将它翻倒比平推前进做的功多
C.两种情况做的功一样多
D.两种情况做功的多少无法比较
7、一轻质弹簧的弹力与弹簧形变量之间的关系如图甲所示。将该弹簧下端固定在水平地面上,一质量为1.8 kg的物体在外力作用下缓慢放在弹簧的上端,待物体稳定后撤去外力,物体静止在弹簧上端,弹簧处在弹性限度内,如图乙所示。取重力加速度大小g=10 m/s2,则下列说法正确的是 ( )
A.弹簧的压缩量为30 cm
B.弹簧的长度越长,弹簧的弹性势能越大
C.此过程中弹簧弹力对物体做的功为0.54 J
D.物体静止时,弹簧的弹性势能为0.27 J
8、如图甲所示,一滑块沿光滑的水平面向左运动,与轻弹簧接触后将弹簧压缩到最短,然后反向弹回,弹簧始终处在弹性限度内。图乙为测得的弹簧的弹力与弹簧压缩量之间的关系图像,则弹簧的压缩量由8 cm变为4 cm的过程中,弹簧所做的功以及弹性势能的变化量分别为 ( )
甲
乙
A.3.6 J、-3.6 J B.-3.6 J、3.6 J
C.1.8 J、-1.8 J D.-1.8 J、1.8 J
二、多项选择题
9、关于重力势能与重力做功，下列说法中正确的是(　　)
A．物体克服重力做的功等于重力势能的增加量
B．重力势能增加了2 J，其重力一定做了－2 J的功
C．零势能面选取不同，重力势能及重力势能的变化都会发生变化
D．用手托住一个物体匀速上举时，手的支持力做的功等于克服重力做的功与物体重力势能增量之和
10、
如图所示,一小球贴着光滑曲面自由滑下,依次经过A、B、C三点。以下表述正确的是 (　　)
A.若以地面为参考平面,小球在B点的重力势能比C点大
B.若以A点所在的水平面为参考平面,小球在B点的重力势能比C点小
C.若以B点所在的水平面为参考平面,小球在C点的重力势能大于零
D.无论以何处为参考平面,小球在B点的重力势能均比C点大
11、如图所示,一轻弹簧一端固定于O点,另一端系一重物,将重物从与悬点O在同一水平面且使弹簧保持原长的A点无初速度释放,让它自由摆下,不计空气阻力,在重物由A点摆向最低点B的过程中 ( )
A.重力做正功,弹力不做功
B.重力做正功,弹力做负功,弹性势能增加
C.若用与弹簧原长相等的不可伸长的细绳代替弹簧,重力做正功,弹力不做功
D.若用与弹簧原长相等的不可伸长的细绳代替弹簧,重力做功不变,弹力不做功
12、如图所示,轻质弹簧的劲度系数为k,小球所受重力为G,平衡时小球在A处。今用力F竖直向下压小球,使弹簧缩短x,小球静止在B处,则( )
A.小球在A处时弹簧的弹力为零
B.小球在B处时弹簧的弹力为kx+G
C.小球在A处时弹簧的弹性势能较大
D.小球在B处时弹簧的弹性势能较大
13、质量为m的物体，由静止开始下落，由于空气阻力作用，下落的加速度为g，在物体下落h的过程中，下列说法正确的是(　　)
A．物体重力做的功为mgh
B．物体所受阻力做功为
C．物体重力势能减少了mgh
D．物体克服阻力所做的功为
三、非选择题
14、如图所示,质量为m的苹果从距地面高度为H的树上由静止开始下落,树下有一深度为h的坑,则苹果落到坑底过程中,苹果的重力势能 (选填“增大”“减小”或“不变”)。若以地面为参考平面,则落到坑底时苹果的重力势能为 。
15、如图所示，桌面距地面0.8 m，一物体质量为2 kg，放在距桌面0.4 m高的支架(图上未画出)上．(取g＝10 m/s2)
(1)以地面为参考平面，计算物体具有的重力势能，并计算物体由支架下落到桌面的过程中，重力势能变化了多少？
(2)以桌面为参考平面，计算物体具有的重力势能，并计算物体由支架下落到桌面的过程中，重力势能变化了多少？
16、某海湾共占面积1.0×107 m2，涨潮时水深20 m，此时关上水坝闸门，可使水位保持20 m不变；退潮时，坝外水位降至18 m也保持不变，假如利用此水坝建水电站，且重力势能转变为电能的效率是10%，每天有两次涨潮，问该电站一天最多能发出多少电能？(g取10 m/s2，假设只有退潮时发电)
17、质量是100 g的球从1.8 m的高处落到水平板上，又弹回到1.25 m的高度，在整个过程中重力对球所做的功为多少？球的重力势能变化了多少？
18、两个底面积都是S的圆桶放在同一水平面上,桶内装水,水面高度分别为h1和h2,如图所示。已知水的密度为ρ。现把连接两桶的阀门打开,不计摩擦阻力,当两桶水面高度相等时,水的重力做功多少 重力势能变化多少
答案与解析
1、D
解析：重力做功与物体的运动路径无关,只与初、末状态物体的高度差有关,不论是光滑路径还是粗糙路径,也不论是直线运动还是曲线运动,物体克服重力做多少功(重力做多少负功),它的重力势能就增加多少。
2、D
解析：物体在运动过程中,克服重力做功100 J,说明重力做了-100 J的功,则物体高度一定升高,故A、B错误;根据重力做功与重力势能变化的关系可知,重力做了-100 J的功,物体的重力势能增加100 J,故C错误,D正确。
3、B
解析：铁板相对于二楼地面的高度是零,故铁板相对于二楼地面的重力势能为零;铁板相对于楼外地面的高度为3 m,则铁板相对于楼外地面的重力势能Ep=mgh=20×10×3 J=600 J。故B正确。
4、D
解析：从小球接触弹簧到将弹簧压缩到最短的过程中,弹簧对小球的弹力方向向右,与小球的位移方向相反,则弹力对小球做负功,弹簧的弹性势能增加,选项A、B、C错误,D正确。
5、B
解析：小球获得最大速度时,弹簧弹力等于小球重力,两种情况下,对应同一位置,故ΔEp1=ΔEp2;由于h1>h2,重力做功等于重力势能的减少量,可知ΔE1>ΔE2。故选B。
6、B
解析：匀速平推时,只需克服摩擦力做功,推力大小等于正方体所受摩擦力大小,即F=μmg,把正方体水平推动距离a时,推力做功W1=F·a=μmga=0.1mga;将正方体绕一条棱翻倒时,只要使其对角线AC转到竖直位置即可(此后,稍倾斜一点,正方体就会在重力作用下翻倒),这个过程中外力所做的功就等于使正方体的重心升高所增加的重力势能,所以外力做功W2=ΔEp=mga≈0.207mga>W1,故选项B正确。
7、D
解析：由题图甲知,弹簧的劲度系数k==600 N/m,物体静止时有mg=kx,解得x=3 cm,A错误;弹簧的形变越大,弹性势能越大,B错误;F-x图像与x轴围成的面积表示弹簧弹力做的功,该过程中弹簧弹力对物体做负功,W=-×0.03×18 J=-0.27 J,则物体静止时,弹簧的弹性势能为0.27 J,C错误,D正确。
8、C
解析：F-x图像与x轴围成的面积表示弹簧弹力做的功,题述过程中弹簧弹力做正功,W=×0.08×60 J-×0.04×30 J=1.8 J;根据弹力做功与弹性势能变化的关系可知,弹性势能的变化量为ΔEp=-W=-1.8 J,C正确。
9、AB
解析：根据WG＝Ep1－Ep2知，物体克服重力做的功等于重力势能增加量，A项正确；重力做功与重力势能变化的关系WG＝－ΔEp，B项正确；重力势能的变化与物体受到的重力及初末位置的高度差有关，与零势能面的选取无关，C项错误；用手托住物体匀速上升时，手的支持力等于物体的重力，手的支持力做的功等于物体克服重力做的功，也等于物体重力势能的增加量，D项错误．
10、AD
解析：由于B点位置比C点高,无论以何处为参考平面,小球在B点的重力势能都大于C点的重力势能,选项A、D正确。
11、BC
解析：用弹簧连接重物向下摆动时,弹簧要伸长,重物的运动轨迹不是圆弧,弹力做负功,弹簧的弹性势能增加,重力做正功,A错,B对。用不可伸长的细绳连接重物向下摆动时,重力做正功,且做功少,弹力不做功,C对,D错。
12、BD
解析：小球在A位置时,处于静止状态,受重力和弹簧的弹力,二力平衡,故弹簧的弹力等于重力,即kx1=G,A错误;小球在B位置时,处于静止状态,受重力、压力F和弹簧的弹力,根据共点力的平衡条件可得F+G=F弹,根据胡克定律有F弹=k(x1+x),解得F弹=G+kx,故B正确;弹簧压缩量越大,弹性势能越大,可知C错误,D正确。
13、ACD
解析：因物体的加速度为g，由牛顿第二定律可知，mg－Ff＝ma解得空气阻力Ff＝mg.重力做功WG＝mgh，阻力做功Wf＝－
，A、D对，B错；重力做功与重力势能变化的关系WG＝－ΔEp，重力做正功，故重力势能减小mgh，C正确．
14、答案：减小 -mgh
解析：根据Ep=mgh,苹果落到坑底过程中,苹果的高度下降,故苹果的重力势能减小;以地面为参考平面,坑底在地面以下,距地面的高度为-h,故苹果落到坑底时的重力势能为Ep=-mgh
15、解析：(1)以地面为参考平面，物体距参考平面的高度h1＝(0.4＋0.8) m＝1.2 m，因而物体具有的重力势能为Ep1＝mgh1＝2×10×1.2 J＝24 J
物体落至桌面时，重力势能Ep2＝mgh2＝2×10×0.8 J＝16 J
物体重力势能的变化量为ΔEp＝Ep2－Ep1＝16 J－24 J＝－8 J，即重力势能减少了8 J.
(2)以桌面为参考平面，物体距参考平面的高度h′1＝0.4 m，因而物体具有的重力势能为E′p1＝mgh′1＝2×10×0.4 J＝8 J.
物体落至桌面时，重力势能E′p2＝0
物体重力势能的变化量为ΔE′p＝E′p2－E′p1＝－8
J即重力势能减少了8 J.
答案：(1)24 J 减少了8 J
(2)8 J 减少了8 J
16、答案：4×1010 J
解析：关上水坝闸门，退潮后，坝内水位比坝外高出2 m，如下图所示，发电时高出部分的水通过发电机流向坝外，最终水位从20 m降至18 m，减少的重力势能的一部分转化为电能．由ΔEp＝mgΔh可以算出减少的重力势能．从而就能算出所发电能．
设海湾面积为S，则打开闸门流过发电站的水的体积最多为hS，h为水面高度差，水的质量为m＝ρV＝ρhS，重力势能的减少量为ΔEp＝mg·＝ρSh2g.
一天最多发出电能为E＝2×ΔEp×10%＝0.2×ρSh2
g＝0.2××1.0×103×1.0×107×22×10 J＝4×1010 J.
17、答案：0.539 J 重力势能减少了0.539 J
解析：由重力做功的特点可知，此时重力所做的功为
WG＝mgH＝mg(h1－h2)＝0.1×9.8×(1.8－1.25) J＝0.539 J.
由重力做功与重力势能的变化之间的关系可知，此时重力做正功，重力势能应减少，且减少量ΔEp＝WG＝0.539 J.
18、解析：圆桶中水的总质量为m=ρS(h1+h2),
对于圆桶中的水,当两边水面高度相等时,相当于质量为m′=ρS的水下降了
Δh′=,
水的重力做功WG=m′gΔh′ =ρgS()2,
水的重力势能变化
ΔEp =-WG=-ρgS()2 ,
负号表示减少。
答案:ρgS()2 减少ρgS()2